Strömberg SAMI säädetyt oikosulkumoottorikäytöt (1977)

Oy /fromberg Ab

SAM!

smdetyt oikosulkumoottorikaytqt

Oy jiromberg Ab

EOX/M. Harmoinen/eh

SISKLLYSLUETTELO

1. Oikosulkumoottori taajuusohjattuna

1.1 Vakiovuoalue

1.2 Kentanheiksnnysalue

1.3 Oikosulkumoottorin dynaaminen kayttaytyminec

1.4 Oikosulkumoottori invertterilld sydtettynS.

2. Taajuusmuuttaj avaihtoehtoja

3. Invertterin toimintaperiaate

4. Vaihtokytkin

5. PWM-invertterin kytkinmalli

6. SAMI-taajuusmuuttaja

7. SAMI:n ohjausperiaate

7.1 Taajuusohjeen kcisittely

7.2 Kolmio-oskillaattori

7.3 Modulaattori

7.4 KolraivaihejarjestelmSn muodostus

7.5 Tyristorien ohjauslogiikka

7.6 Pulssivahvistin

7.7 Takaisinkytkenn&t

7.8 Momentin mittaus

8. SAMI-taajuusmuuttajan ominaisuudet

8.1 Jannitesovitus

8.2 Verkkovirta

8.3 HyStysuhde

8.4 Nopeustarkkuus

8.5 Jarrutus

9. SAMI:n ja moottorin valinta

1977-03-31

1

SXADETYT QIKOSULKUMOOTTORIXXYTOT

Oikosulkumoottori taajuusohjattuna

Nimellistaajuudella syotetyn moottorin vMantdmoment
tikSyrS nopeuden funktiona n&hd&an kuvasta 1 (kay-
rS a). Taajuusohjauksessa on kiinnostavin k£yr&n
positiivisen ja negatiivisen kipin valinen osa.
Tunnetusti

'V

eli

a)

T k -

( 2 )

eli kippimomentti on verrannollinen vuon nelioon ja
k&Snt&en verannollinen hajareaktansseihin. Mootto¬
rin hajareaktansseilla on invertterikSytoissS oleel-
linen merkitys: ne rajoittavat yliaaltovirtoja.

- Kippimomenttia vastaava jattSmS on verrannollinen
roottorivastukseen ja riippuu siten koneen l&mpdti-
lasta.

Oy Jfromberg Ab

2

1.1 Vakiovuoalue

Kun taajuutta pienennetaan nimellisesta arvostaan
ja samalla jannitetta ohjataan niin, etta koneen vuo
pysyy vakiona, siirtyy momenttikSyra samanmuotoise-
na nopeusakselin suuntaan (kuva 1). Talloin

klppimomentti pysyy samankorkuisena

abs. jattama samalla vaantdmomentilla pysyy

vakiona

staattorivirran amplitudi pysyy mySs samalla
vaintdinoment ilia vakiona

Koneen syottotajuuden laskettua nimellisjattaman
suuruiseksi pysyy nimellismomentilla kuormitettu
roottori _ paikallaan. Kun vaihejarjestys kaan--

netaan ja taajuutta nostetaan, tullaan toisen pyo-
rimissuunnan nimellispisteeseen.

Oikosulkumoottori voi toimia myos generaattorina;
siis kaikissa nelj£ss& kvadrantissa.

Normaalisti taajuusohjattu oikosulkumoottori k&yn-
nistetaan nostamalla taajuutta niin, etta toi~

mintapiste pysyy koko ajan kippien vaiissa.

Jotta koneen vuo pysyisi vakiona taajuutta ohjatta-
essa, on jannitetta ohjattava likimain verrannolli-
sena taajuuteen (kuva 2). Kuten koneen sijaiskyt-
kennasta (kuva 3) voi nahda, on kuitenkin pienilia
taajuuksilla moottorin sydttojannitteen oltava staat-
torin resistiivisen jannitehavion takia suurempi
kuin lineaarinen suhde. Resistiivinen janniteha-
vio vaihtelee n. 5...1 % 5...200 kW moottoreilla.

Kuva 2. Oikosulkumoottorin
jannite taajuuden funk-
tiona vuon ollessa vakio.

0.5

0

i.O

OjJ ftromberg AD

3

Kuva 3• Oikosulkumoottorin 1-vaiheinen sijais-
kytkenta.

1.2 Kentanheikennysalue

Taajuusohjattua oikosulkumoottoria ajetaan usein
myds kentSnheikennysalueella kuten tasavirtamootto-
riakin. TamS tapahtuu nostamalla taajuutta nimel-
listaajuuden ylSpuolelle ja antamalla sydttojSnnit-
teen olla vakiona. TSlloin heikkenee koneen vuo
automaattisesti kSSntden verrannollisena taajuuteen
ja kippimomentti laskee kS&ntSen verrannollisena
taajuuden nelioon (kuva 4). - Kent&nheikennyspis-

teeksi nimitetdan sitS taajuuden arvoa, mills ken-
tdnheikennys alkaa.

Kentdnheikennysalue jaetaan usein kahteen osaan:
vakiotehoalueeseen ja vakiojStt&mSalueeseen (kuva 4)

Vakiotehoalueella magnetointivirta pienenee taajuu¬
den kasvaessa, sen sijaan roottorivirta kasvaa, jo-
ten staattorivirta pysyy likimain vakiona. Kippi-
raomentin pienetessS toimintapiste momenttikSyrSlla
siirtyy lShemmaksi kippiS.

Kun kuormitusmomentti on noussut n. 75 3:iin kippi-
momentista, on taajuuden edelleen noustessa siirryt-
tdva vakiojSttamSalueelle, jotta cos f:n huononemi-
nen voidaan estaS. Talloin teho pienenee kSSntaen
verrannollisena taajuuteen ja vSantdmomentti siis
ka&ntaen verannollisena taajuuden nelidon jattSman
pysyessa vakiona.

LiikennevSlinekaytoissa kentSnheikennysalue on usein
varsin laaja ja kaytto toimii suuren osan ajasta
juuri tails alueella. Teollisuuskaytoissakin ken-
tanheikennysalueen kaytto on usein eduilista.

Oy /from berg Ab

Kuva 4. Oikosulkumoottori kent&nheikennysalueella.

1.3 Oikosulkumoottorin dynaaminen kaytt&ytyminen

Kuvasta 5 nShda^n oikosulkumoottorin pelkistetty
lohkokaavio vuon ollessa vakio. Se muistuttaa suu-
resti tasavirtakoneen vastaavaa; mydskaan koneitten
dynaamisessa kaytt&ytymisessa ei ole merkittavia
eroja.

m 3 KQNEEN VAANTGMOMENTTl

mm KUCRM1TUS -

TM= M6K A1KAVAK10 l*. US?

Ts = KONEEN AJKAVAKIO* —fern—*—

Is = LAPLACE-OPER ) R 2

Taajuusonjatun oikosulkumoottorin pelkis-
tetty lohkokaavio vuon ollessa vakio.

AD

5

Oikosulkumoottori invertterilla syotettyna

KaytSnndssS. taajuusohjattua oikosulkumoottoria syo-
tetaan tavallisesti invertterilla, jonka l&htdjan-
nite on jotakin porrasaaltotyyppia. Miten tasta
ma§.rSytyy moottorin virta, nahdadn kuvasta 6.

Siind moottorin porrasaaltotyyppisesta vaihej&nnit-
teestS u on erotettu sen sinimuotoinen perusaalto 5
jolloin jSljelle jaa tummennettu yliaalto-osuus L u v
(kuva 6 a), joka on piirretty erikseen kuvaan 6 b.

Xuva 6. Invertterilla syotetyn oikosulkumoottorin
virran muodon synty

a) lahtojannite ja perusaalto
’o) jSnnittesn yliaalto-osuus

c) virran yliaalto-osuus

d) virta tyhjakaynr.issa

e) virta kuormalla

AD

6

Perusaaltoja.nnitteen.ja jannitteen yliaalto-osuuden
voidaan ajatella sarjaankytkettyind syottdvan moot-
toria (kuva 7 a).

Superpositioperiaatetta soveltaen voidaan nyt erik-
seen laskea pelkastaan U^:n aiheuttama moottorivirta
i]_ ja toisaalta pelkSstaan Z u v : n aiheuttama moot-
torivirta Z i v . Kokonaismoottorivirta saadaan sum-
mana + Z i v ■

Jannitteen yliaalto-osuudelle koneen jattamS on suu~
ri, joten moottorin sijaiskytkenta pelkistyy kuvan
7 b tyyppiseksi. TSma patee sita paremmin, mita va-
hemman pientaajuisia yliaaltoja Z u Y sisaltaa.
Yliaaltovirtoja rajoittavat siis hajainduktanssit ja
yliaaltovirtaosuus

/Zu y dt

T

(3)

Tama on piirretty kuvaan 6 c. Yliaaltovirtaosuus
on siis aina samassa vaiheessa sydttojannitteeseen
nShden ja sen amplitudi on periaatteessa kuormituk-
sesta riippumaton. Kaytannossa hajainduktanssit
ovat kuormitetussa koneessa usein osin kyllastyneet,
jolloin kuormitetun koneen Z i on suurempi kuin
tyhjakMyvan.

a) b)

Suva 7. Superpositioperiaatteen scvellutus invert -
terin lahtoj a.nnitteeseen

a) perusaaltojannite ja jannitteen yii-
aalto-osuus syottamassa mocttoria

b) moottorin sijaiskytkenta jannitteen
yliaalto-osuudelle

Oy ftromberg Ab

7

Kuviin 6 d ja 6 e on piirretty virran perusaallot
ja kokonaismoottorivirrat tyhjakdynnissd ja kuor-
malla.

Toinen tapa kdsitella invertterin yliaaltoje.n vaiku-
| • tusta moottoriin on Fourier-menetelmd, missd jSn-

nitteen yliaalto-osuus jaetaan sinikomponentteihin,
jo itten taajuudet ovat perustaajuuden kerrannaisia,
Merkittdvimpien invertterin lahtdjdnnitteen kompo-
nenttien taajuudet kuuluvat tavallisesti joukkoon

| f v = (6n±1 ^ * f 0 > W

missS n =1,2,3...

f Q = invertterin perustaajuus

I usein siten, ettd tietylld invertterin lahtojdnnite-

kuviolla esiintyy kaksi yliaaltoparia, joissa toi-
sessa n = 1 ja toisessa suurempi. - Kukin yliaalto-
komponentti muodostaa 3-vaiheisen pyorivdn kentdn.

Yliaallot aiheuttavat moottorissa

heilurimomentteja, joiden taajuus on fin • f ja
ne ovat siis tahdissa perusaallon kanssa. 0
Yleensd heilurimomenteista ei ole kayUossa hait-
I taa. Jos kuitenkin pienella Derustaajuudella

esiintyy merkittavdsti 5- ja/tai 7. yliaaltoa,.
aiheuttaa se raoottorin "askeltamista": moottori
pyorii nykayksittain. |

lisdd seka rauta- etta kuparihavioitd. Lisd-
kuparihdviot johtuvat myos (yliaaltovirtojen) |

virranahdosta roottorissa. Ilmio, jota kayte- 4

tSSn starttimomentin nostamiseen normaalissa
verkkostartissa, muuttuu invertterikdytossa hai- j

talliseksi.

mahdollisesti ddni-ilmioitd.

Kaikki invertterin_ "sivuvaikutukset" oikosulkumoot-
toriin riippuvat aivan oleellisesti invertterin ldh-
tojdnnitteen kdyrdmuodosta, jossain mddrin myos
moottorityypistd.

S§5?.«£-.v

ftromberg Ab

Taaj uusmuuttaj avaihtoehtoj a

Oikosulkumoottorin syottoon on konstruoitu eri peri-
aatteilla toimivia taajuusmuuttajia. Tavallisimpia
ovat tyristorikytkennat, joissa on tasasShkovali-
piiri. Sen mukaan, kayteta&nko tasasahkon suotami-
seen kuristinta vai paaosin kondensaattoreita, puhu-
taan virta- tai janniteohjatuista inverttereista.

Kuvasta 8 nahd&an virtaohjatun taajuusmuuttajan peri-
aate. SiinS tyristorisilta ja tasavirtakuristin
muodostavat tasavirran* mikS ohjataan invertterillS.
vuorotellen koneen eri vaiheisiin.

Kuva 8. Virtaohjatun taajuusmuuttajan kytkentS.

Kuvista 9 a, b ja c n&hdaSn tavallisimmat j^nnite-
ohjattujen taajuusmuuttajien kytkennat. Kuvassa 9 a
tasajfinnitetta ohjataan taajuuden funktiona tyristo-
risillalla nl, ja invertteri n2 muuttaa tasaj&nnit-
teen 3-vaihesShkbksi. Kuvan 9 b taajuusmuuttaja Xii-
tetSSn vaihtovirtaverkkoon diodisillalla; tasajSnnit-
teen ohjaus tapahtuu nyt katkojalla.

Myos kuvan 9 c taajuusmuuttaja liitet&an vaihtovir¬
taverkkoon diodisillalla, nyt kuitenkin sekS j£nnit-
teen etta taajuuden ohjaus tapahtuu samassa tehoastees-
sa, pulssinleveysmoduloidussa invertterissa (PWM-inver:
teri). L&htdjannite koostuu tietyn korkuisista puls-
seista, joiden leveydeliS ohjataan perusaallon ampii-
tudia. PWM-invertteri on verkkoystSv&llinen ja eri
taajuusmuuttajavaihtoehdoista yleiskayttoisin, tosin
myos know-how'ltaan vaativin.

• - •

Oy ftromberg Ab

9

y Kuva. 9- J&nniteohjattuj en taajuusmuuttajien kyt-

kentoj a

a) jSnnitteen ohjaus tyristorisillalla

b) jSnnitteen ohjaus katkojalla
d) PWM-invertteri

3- Invertterin toimintaperiaate

Invertterin toimintaa havainnollistaa sen kytkin-
malli (kuva 10). Siin& tasavirtakiskoihin P ja N
on kytketty tasavirtakondensaattori ja kolme vaihto-
kytkinta, joita ohjataan toisiinsa nahden 120°:een
vaihesiirtoon asennetuilla nokkalevyilla. Kun nok-
kalevyja kSSnneta^n, kytkeytyv&t l£htdnavat R, S ja
T vuorotellen tasavirtakiskoihin P ja N (kuva 10 a).

Kuvaan 10 b on piirretty paSjannitteet RS, ST ja TR.
P&aj&nnitteen hetkellisarvo on nolla, kun vastaavat
kytkimet ovat samassa asennossa, muutoin paajannit-
teeksi kytkeytyy tasajannite napaisuuden vaihdel-
lessa jaksoittain. Vaihejannite nSndaan kuvasta
10 o; se saadaan esiin piirtamaila ensin kuvitellun
tShtipisteen jannite.

Oy ftromberg Ab

10

Kuva 10. Janniteohjatun invertterin

a) kytkinmalli

b) paajannitteet

c) vaihejannitteet

Kytkinj&rjestelmallS saadaan siis kolmivaihes&hkda,
jonka taajuutta voidaan ohjata nokkalevyjen kierto-
nopeudella. Vaihdettaessa nokkalevyjen pydrimis-
suunta, muuttuu myos kolmivaihejSrjestelm&n vaihe-
jarjestys. LShtdjannite ei ole sinirriuotoista, vaan
sis&ltSS. perusaallon ohella yliaaltoja. PSSjannit-
teen perusaallon tehollisarvo

U vl = I {\ • U c « °> 78 • u =- (5>

miss& U_ = tasajannite.

C

4. Vaihtokytkin

SskeisessS invertterin toimintaa esittSvassa kuvas-
sa esiintyvd vaihtokytkin toteutetaan kaytannossS
itsekommutoituna tyristorikytkentana. Niistakin on
eri valmistajilia ksLytossa lukuisia eri tyyppeja.
Tehokkaimpia niista ovat ns. McMurray-kytkentojen
variaatiot.

12

AD

LahtopSajSnnite (11 c) muodostuu kolmesta pulssista
puolijaksoa kohti: invertterin sanotaan toimivan
"kolmosella". L&htdjSnnitettS ohjataan muuttamalla
-iovien ja hampaiden leveyttd; niiden levetessa lShto-
pulssit kapenevat ja j&nnite laskee.

Moottorin taajuutta alennettaessa kolmosella ajet-
taessa voidaan moottorin jannite ohjata oikeaks-i,
sen sijaan taajuuden laskiessa moottorivirran yli~
aallot kasvavat ja t&sta syystS siirryt&an "viito-
selle".

Viitosella (kuva 12) kytkinlevyssS on 2 lovea ja harn-
masta,_ kytkentStaajuus on viisi kertaa perustaajuus
ja pSSjSnnitteessa on viisi pulssia puolijaksoa koh¬
ti. J2nnitteen ohjaus tapahtuu kuten kolmosella:
Iovien ja hampaiden leveytta muuttamalla.

Kuva 12. PWM-invertterin

a) kytkinlevyt

b) p&ajannite

"viitosella” ajettaessa.

Taajuutta edelleen alennettaessa siirrytaSn moottori-
virtojen yliaaltojen pienentSmiseksi suuremmille
pulssiluvuille, esim. 7, 9, 11, 15, 21, 31.

Niilla kaikilla

n p = 2 • n x + 1 , (3)

joissa = pulssien luku puoliaaltca kohti

n^ = nokkalevyn Iovien ja hampaiden luku

13

AD

Kuva 13 . PWM-invertterin kytkinlevyt ajettaessa
vaihteilla a) 7 ja b) 9 .

Vaihteitten 7 ja 9 kuvitellut kytkinlevyt nShdS&n
kuvassa 13. Kuvasta 14 n&hdadn esimerkki siita,
miten koko taajuusalue ajetaan eri pulssiluvuilla.

. Vaihtokohtien sijoitus perustaajuuteen nahden on
optimointikysymys: mita korkeammalle perustaajuu-
delle kukiji vaihtokohta sijoitetaan, sita pienemmat
ovat moottorin haviot, mutta sita korkeammat ovat
toisaalta invertterin haviot korkeamman kytkenta-
taajuuden takia.

PWM-invertterin kytkentataajuus ja
vaihtest perustaajuuden funktiona.

Kuva 14.

Qy ftromberg Ab

14

SAMI-taajuusmuuttaja

SAMI on PWM-invertteriin perustuva taajuusmuuttaja.

Sen kytkentS nahdSan kuvasta 15. Varsinainen in-
vertteriosa liittyy vaihtovirtaverkkoon erottimen
(1), kontaktorin (2), 3-vaihediodisillan (3), tasa-
virtakuristimen (5) ja lataustyristorin (4) kautta.
Kytkettdess& SAMI verkkoon tasavirtakondensaattori
(6) latautuu latausvastuksen (7) kautta; kondensaat-
torin latauduttua kytkeytyy tyristori (4) johtavaksi.

Invertterin tasavirtakondensaattorit ovat metalli-
paperieristeisiS. Varsinainen invertteriosa (6) muodos-
tuu kolmesta itsekommutoivasta tyristorivaihtokytki-
mesta. Niiden oleellisimmat komponentit ovat nopeat
tehopuolijohteet, joita on yhteensd 6 pS&tyristoria,

6 aputyristoria ja 6 nolladiodia; vahfih&vidiset kom-
mutointikondensaattorit ja kommutointikuristimet.
Invertteriosan tasavirtasydttdon sijoitettu sulake
suojaa tyristorit ylivirralta.

Kuva 15. SAMI-taajuusmuuttajan kytkenta.

7. SAMI:n ohjausperiaate
7.1 Taajuusohjeen k&sittely

*SAMI:n ohjauspiirien toimintaperiaatetta selvittdd
kuva 16.

Potentiometrilta tai ulkoiselta sa&tdjalta tuleva
taajuusohje vied&an integraattorin (1) kautta vah-
vistimelle (2), missd tapahtuu "j&ttaman kompensoin-
ti": taajuusohjeeseen lisataan kuormitusmomenttiin
verrannollinen signaali. Vahvistimeen (2) kohdistuu

15

AD

oio-

S-KCMP

LTS-RAJ.AS.

STEEN -

TAAXSE KAY-SE1S

PD

9

R

10

-1

11

\aa

3-VA1-

s

\KOLMIO-

\0SK.

HEMUO

DOORS

T '

TYRSS-

PULS-

TOfilEN

SI VAH -

\

OHJ.

VIST1N

3b \

LOG.

VaihA

A*,

7

cclaA

M00U-

tikkoA,

r*

LAAT-

T0R1

M

TZ

1 -

• -f-

u c *-o>

III.

a^ja

0445

lu<

Kuva 16. SAMI:n ohjauspiirien toimintakaavio.

myos jat£amdn rajoituss&at&jS (3), mikS vSant5momen-
tin kasvaessa yli asetellun rajan pienentSS sydtto-
taajuutta. TSma vastaa tasavirtakonek&ytossS. ank-
kurivirran rajoitussSStoS. JSttam&n kompensointiin
ja rajoitukseen tarvittava tieto koneen momentista
saadaan myohemmin selostetulla menetelm£ll&.

Vahvistimen (2) IShtd on moottorin lopullinen taa-
juusohje. Siita haarautuu myds amplitudiohje, joka
muodostetaan taajuusohjeesta nostamalla sitd staat-
torin ohmisen jdnnitehSvion verran lohkossa (4) ja
jakamalla^se u c :lla, tasavirtapiirin jannitteellS..
Jakajan (6) ISh'to vied&cin modulaattorille (7), mis-
sS se mSaraS. invertterin pulssien suhteellisen le-
veyden.

Jos u c muuttuu, esim. pienenee, kasvaa jakajan lah-
to ja niinmuodoin myos pulssien leveys. M£in jaka-
ja (6) pyrkii pit£maan mcottorijannitteen verkko-
jannitteestd riippumattomassa arvossa.

Amplitudiohje viedaan myos "vaihdelaatikkocn"

(8 b), mik& amplitudiohjeen perusteella maaraa,
mills pulssiluvulla invertteri kulloinkin toimii.
Vaihdelaatikko sisSltaS komparaactorin kutakin
pulssiluvun vaihtokchtaa varten ja lukituksen:
vaihto saa tapahtua vasta vaihtopyyntoa seuraavas-
sa^vaihejSnnitteen nollakohdassa, siis perusaallon
60° valein. Talldin vaihto on sysaykseton.

16

.2 Kolmio-oskillaattori

SAMI:n ohjauksessa on oleellinen piiri kolmioaalto-
oskillaattori (8 a), johon taajuusohje viedaSn ja
joka antaa vakioaraplitudista kolmioaaltoa, jonka
taajuutta ohjataan perustaajuuden ja valitun pulssi-
luvun mukaan seuraavasti:

f o *

"A 2

raissS = kolmio-oskillaattorin taajuus

(9)

kuitenkin niin, etta fA ~ 6 • ts> sekS suoralla

etta kolmosella kolmion taajuus on 6 kertaa perus¬
taaj uus .

Taulukosta I nShdSan, kuinka monta kolmioaaltoa on
perusaallon 60 °:een alueella ajettaessa eri pulssi-
luvuilla. TamS luku on on sama kuin vaihtokytkin-
mallin lovien (ja nastojen) maara. Kuva 17 havain-
nollistaa oskillaattorin toimintaa vaihteilla suora,
3 ja 5*

Taulukko I

n p

fc/6 • f 0

1

1

3

1

5

2

7

3

9

4

11

5

15

7

21

10

31

15

7.3 Modulaafctori

Kolmioaalto viedaar. mcdulaattoriin, missa sita ver-
rataan amplitudiohjeeseen (kuva 17). Modulaattori
on yhteinen kaikille kolmelle vaiheelle: kutakin
vaihetta moduloidaan vuorotellen. Modulaattorin
lahaossa nakyy invertterin pulssien leveys.

17

7 . KolmivaihejSrjestelman muodostus

Kclmiogeneraattori (b a) antaa myds loogiser. sigr.aa-
lin, joka vaihtuu perustaajuuden 60° vSleir.. SiitS
muodostetaan rengaslaskurilia (9) kunkin vaiheer. oh-
jaussignaali (kanttiaalto) (kuva 17). Vaihdettaessa
laskurin kiertosuunta muuttuu myds 3-vaihejarjestei-
mdn pydrimissuunta.

AMPUtl.O'-

;h.c

<CvM C •
iA-ro

$0* tAH0*S
'US

MOCHJUIM

LAHTO

0-VAIH6EN

OHJE

S-VAIHSEN

ow;E

T-VAIME6N

0MJ6

Kuva 17. SAMI:n toimintoja suoralla, kolmo-
.sella ja v.iito.sella.

7.5 Tyristorien■ohjauslogiikka

. Vaiheitten kanttiohjauksista ja yhteisesta modulaat-
torin IShtosignaalista kombinoidaan eri vaiheitten
ohjaussignaalit lohkossa 10. Kuvasta 17 nahdaan eri
vaiheitten ohjaukset vaihteilla suora, 5 ja 5.

Jokaisesta vaiheen ohjaussignaalin muutoksesta k£yn-
nistyy pa&teasteen vaihtokytkiraen k&Snt5operaatio
(kuva 18). T&nS. tapahtuu

poistamalla siihen asti johtaneelta pS&tyristo-
rilta ohjauskSsky

sytytt&n&lla samanaikaisesti ko. pSStyristorin
sammuttava aputyristori

T&m3.n j&lkeen tapahtuu p&&tyristorin toipuminen.
HetkeS t myShemmin sytytetSSn vastakkainen paStyris-
tori, jonka j&lkeen tapahtuu kommutointipiirin jai-
leenvarautuminen seuraavaa sammutusta varten. Vii-
vetta t ohjataan ko. vaiheen kuormitusvirran mukaan,
jotta kommutointivirta ei riippuisi kuormitusvirras-
ta.

Kuva 18.

Vaihtokytkimen
kSantooperaatio.

KOMMUTOWTI-

VIH TA

p**rrws-

TCfllH Yt
OHJAUS

P**TYRISTO«IM VI
QHJAUS _

APVTVR1ST0WEH VI. Vi £>.

OHJAUS vvA

W/M7/.

Vaihtokytkimen k&SntSaika asennosta toiseen on tyris-
torien toipumisajasta riippuen 120...200 us. YhtS
suuri on myfis kytkimen minimikiinnioloaika, sillS
kun vaihtokytkimen kSantooperaatio on alkanut , on^
sen annettava menna loppuun ennen kuin takaisink3£n-
to saa alkaa. Eri vai’neitten kytkimien ohjaus ta¬
pahtuu vuorotellen; samanaikaisia kytkimien kaantd-
operaatioita ei esiinny.

19

'*6 Pulssivahvistin

Tyristorien ohjauskSskyt vSlitetSSn pulssivahvisti-
mien (11) kautta tyristorien hiloille. PaStyristo-
rit saavat hilavirtaa koko sen ajan, kun ko. haaran
tulee johtaa; aputyristorien pulssit ovat lyhyet.

PSSteastetta ohjataan siis pelk2.stS.an tyristorien
hilapulsseilla. Niiden sopiva jSrjestys ja kesto-
aika synnyttSS moottorille muuttuvataajuisen ja
-jSnnitteisen 3 - vaihesahkon.

7.7 Takaisinkytkennat

SAMI-taajuusmuuttajassa mitataan Hall-ilmiS5n pe-
rustuvilla mittamuuntimilla pSSpiirin suureista tasa
virtakondensaattorin jannite u G ja kahden moottori-
vaiheen virrat iR ja is-

u c vaikuttaa pulssinleveyksiin, kuten aiemmin on to-
dettu. Lisaksi sitS kay,tetSSn kSyton suojaukseen:
invertteri saa kSydS vain u c :n ollessa normaali-
vaiht elual.ueellaan.

Virroista i R ja ig muodostetaan lohkossa (12) T-
vaiheen vi'rta i T kSyttSen hyvSksi tietoa

i R + i g + i? = 0 (10)

Kullakin IShtdvirralla ohjataan ko. vaiheen sytytys-
viivettS t v . LisSksi kaikista moottorivirroista muo
dostetaan suurin hetkellisarvo i m , mikS on ylivirta-
laukaisukriteeri.

7.8 Momentin mittaus

KSyton kannalta oleellinen on virtasignaaleista ku-
van 19 periaatteella johdettu M 0 ]_ 0 . SiinS kukin
virta kerrotaan ± 1:11S ko. vaiheen kanttiaalto-oh-
jeen tahdissa ja tulokset lasketaan yhteen. Kuvasta
20 nShdSan 1-vaiheinen M 0 xo cos ^ ;n ollessa 0, 0.87
moottorina ja Q .87 generaattorina.

M 0 io on itse asiassa staattorivirran pStokomponentti
ja nSin ollen se on vakiovuoalueella likimain ver-
rannollinen koneen vaantomomenttiin. Eroa syotyy
pienilla syottotaajuuksilla, jolloin koneen haviot
ovat merkittavSt akselitehoon nahden.

KSTV'TSf--?

Kuva 19. M 0 io :n
muodostuskytkenta.

Kuva 20. 1-vaiheinen Molo'signaali koneen cos ^:n
ollessa a) 0, b) 0,87 moottorina, c) 0,87

generaattorina.

Kentanheikennysalueella M on verrannollinen pato-
tehoon (koneen cttotehoonj.

M o i 0 :a kSytetaan, kuten aiemmin on tcdettu, seka
jattaman kompensointiin etta sen rajoitukseen.

8 .

SAMI:n ominaisuudet
3,1 Jgnnitesovicus

SAMI:n suurin lahtojannite suoralla ajettaessa on,
kun jannitehavioita ei oteta huomioon

u i * Mr • u v = 1 > 05 ' u v > 1111

It

missa U-, = lahtajannite (perusaalto)

= verkkoj annit e

Main ollen SAMI-kaytossa moottorijannitteeksi vali-
taan SAMI:n liitantajannite.

8.2 »Verkkovirta

SAMI-invertteri liittyy verkkoon diodisillalla ja .
nain ollen se ottaa verkosta lahes yksinomaan patd-
tehoa: akselitehon ja kaytdn haviot.

Kuvasta 21 nahdaan SAMI 100:n verkkovirta sen syot-
taessa moottoria HXUR 562 G 2 tyhjakaynnissa ja ni-
mellismomentilia funktiona pydrintanopeudesta. Havai-
taan, etta SAMI-kaytt5 ottaa verkosta vahemman vir-
taa kuin suoraan verkkoon liitetty moottori.

Kuva 21

22

Moottorivirta

Kuvasta 22 nahddsin SAMI :11a syotetyn mocttorin
HXUR 562 G 2 virtoja eri syottotaajuuksilla.

Kuva 22.
virraTTy
3,5 Hz <
Kuvissa y

22. SAMI 100:11a syStetyn mocttorin HXUR 5^2 G 2
z tyhjakaynnissa ja kuormalla T =4,',' Nm, =var.
z < f - 54 Hz ja F = 75 kW, kun f > 5^ Hz.
sa y = 250 A/d.

5 31 lUtCU

31,

X

1 c

1- *7

_ rl _

15,

f

=

21

Hz

_ !1

9,

X

29

Hs

_ n _

7,

f

-

33

Hz

_ it _

3,

f

z

5 11

Hz

— tt _

1,

±

r

62

Hz

23

8.3 Hyotysuhde : ; i

SAMI:n haviot muodostuvat Idhinnd kytkentdhavioistd 1
ja kuormitushavioista. Kytkentfihavidt aiheutuvat I
vaihtokytkimien kaannoista asennosta toiseen, tai- 1
loin syntyy tietty havidenergiamadrS. Kytkenfca- 1
haviot ovat siis kytkentataajuuteen verrannollisia I]
ja ne ovat pienimmillSan "suoran" alussa. Kytkenta- 1
taajuuden ohella kytkentdhaviot riippuvat tasajdn- I
nitteesta, ollen verrannolliset sen nelidon. I

Kuormitushaviot syntyvat lahinna paatyristoreissa,
diodisillassa ja kuristimissa. Kuvasta 23 ndhdaan
SAMI 100:n haviot taajuuden funktiona.

8.4 Nopeustarkkuus

SAMI:a ohjataan taajuusohjeella, jonka_useissa_so-
vellutuksissa antaa ulkopuolinen saataja. Eraissa
sovellutuksissa saattaa olla oleellinen myos nopeus¬
tarkkuus: miten moottori sailyttaa asetellulla taa¬
juusohj eella nopeutensa kuormituksen vaihdellessa?

Vakiovuoalueella moottorin nopeus muuttuu ilman lisa
toimenpiteita koneen nimellisjattaman verran vadntd-
raomentin muuttuessa nollasta nimelliseen. Jattaman
kompensoinnilla nopeustarkkuutta voidaan parantaa
nostamalla syottotaajuutta kuormituksen kasvaessa.

EpStarkkuutta korapensointiin aiheuttaa kuitenkin
j&tt&man riippuvuus roottorin lampotilasta.

TamS huoraioonottaen SAMI:n' nopeustarkkuus vakiovuo-
alueella ilman nopeudensS&td& on

An - ± 0,25 • s n • m , (12)

missS An = suht. nop. virhe kent&nheikennyspisteen
nopeuteen redusoituna
s = suht. nim.j&tt&mS (nimellispydrintsi-
n nopeudella)
m = suht. kuormitusmomentti

Niin haluttaessa voidaan SAMI-kSyttddn luonnolli-
sesti liitt&fi takometri ja nopeudens&atd nopeuden
tarkkuuden parantamiseksi.

.5 Jarrutus

SAMI-taajuusmuuttajan varsinaisen invertteriosan_lfi-
pi teho voi virrata molempiin suuntiin. Verkkodio-
dlsilta est&& kuitenkin jarrutustehon verkkoon syo-
tdn. Nain ollen jarrutustehon tulee olla pienempi
kuin kSyton hSviotehon, rauutoin tasaj&nnite nousee
valvonnan pysdyttaessa invertterin.

Jos halutaan pelk&sta&n pysayttdS moottori mahdolli-
simman nopeasti, voidaan pysaytysaikaa lyhentaa seu-
raavasti: pysdytetaan invertteri ja k&ynnistetSan se
valittomasti uudelleen. T&lloin invertteri toi-
mimaan pienelle taajuudelle virran ollessa suurin
sallittu invertterin IShtovirta, jolloin moottorin^
haviot ovat huomattavat. T&11& menetelmdllS p&&std&n
5...15 % jarrumomenttiin.

Jos tarvitaan suurerapaa jarrumomenttia 3 voidaan
jarruteho ohjata tasavirtapiiriin kytkettyyn vastuk-
seen tai vaihtosuuntaavalla tyristorisillalla vaih-
tovirtaverkkoon.

Ryhm^kSytdissa, missa samaan koneistoon liittyy
useita SAMI-k&yttojS, ja joissa esiintyy myds jar-
rutustarvettaj on edullista liittaa SAM±-invertte-
rit yhteisella diodisillalla vaihtovirtaverkkoon.
Talloin tehojen virtaus tasavirtapiiriss£ on vapaa-
ta, kunhan kayton kokonaisteho ei mene generaattori-
puolelle (kuva 24) ■

25

Kuva 24. RyhmSk&ytto SAMI-inverttereilla.

SAMI:n valinta ja moottorin valinta SAMI-kSyttdon

InvertterillS syotetyn oikosulkumoottorin virran
huippuarvot koneen ollessa tyhjSkSynnissa tai kuor-
malla eiv&t vSltt&n&tta poikkea kovin paljon toisis-
taanj kuten kuvasta 6 ilmenee.

SAMI on itsekommutoiva kytkenta, sen oleellinen mi-
toituskriteeri termisen kuormitettavuuden oheila on
suurin kommutoitavissa oleva virta, jota ei saa het-
kellisestik&an ylittaa. TSsta syysta kullekin
SAMI:lie on raSSritelty suurin moottori, jonka siihen
saa liittaa, riippumatta siita, etta kone toimii
osakuormalla. - Erityista varovaisuutta on nouda-
tettava liitett&essa SAMI:in sellaisia erikoismoot-
toreita, joissa kippimomentti on normaalimoottorei-
den vastaavaa korkeampi, koska virtahuiput # voivat
kasvaa tailoin sallittuja suuremmiksi.

TSllaisen moottorin redusoitu naenn.aisteho voidaan
laskea kaavasta

X + 2jL. .0,8
2 0

s korj= % • —- » missa

S\f= moottorin nimellisteho

(In* on ■’^3)

Tk;= moottorin kippimomentin suhteeilinen arvo.
Main saatu arvo ei saa ylittaa invertterin ni-
mellistehoa.

26

SAMl£n_valinta i _kun_SAMI_s^ottaa_useani 2 ia_mogttoreita

Jos SAMI:in liitetaan useampia moottoreita, tapahtuu
SAMI:n valinta laskemalla moottoreiden nimellisvir-
rat yhteen ja tarkistamalla, etta valitun SAMI:n
nimellisvirta on tata suurempi. Kriteerioksi ei pi-
da ottaa moottoreiden akselitehojen sumniaa, koska
se varsinkin monien pienten moottoreiden ollessa ky-
seessd johtaa selvSsti vaSrdan tulokseen.

AlS kytke^moottoria_kdynniss|_olevaan_SAMl£in

SAMI-kaytt5 tulee kdynnistad kytkemalia ensin moot-
tori SAMI: in ja k&ynnist&mallS. SAMI sen jaikeen.

Jos kdynnissa olevaan SAMI:in kytketdan moottori,
joudutaan valitsemaan noin dekadia suurempi SAMI:
moottorin kaynnistysvirta on n. kuusi kertaa sen ni¬
mellisvirta ja ensimmainen transientti vielS huomat-
tavasti tatakin korkeampi.

Kun kuitenkin esim. tapauksessa, jolloin SAMI kayt-
tsa useampia moottoreita, SAMI:in on voitava kytkeS
moottori SAMI:n jo kaydessa, valitaan SAMI jaileen
virtakriteeriolla: lasketaan yhteen kSynnissa ole-
vien koneiden nimellisvirrat ja lisataan siihen kSyn-
nistettavdn moottorin kaynnistysvirta.

Summa ei saa ylittaa SAMI:n nimellisvirtaa.

Y§iii§S_§AMI-kayton_mogttoriUe_oBtimi_naDaluku

Koneen napaluku vaikuttaa oleellisesti SAMI-kdyton
ominaisuuksiin. Tarkastellaan tata esimerkin valos-
sa (kuva 25).

Kayton edellytetaan antavan vakiomomentin nopeus-
alueella 0...1500 r/min, alueella 300...1500 r/min -
jatkuvasti (suoralla). Jos kaytetaan itsetuuletteista,
4-napaista moottoria, on valittava n. 1,5 x nimellis-
momenttinen kone, jotta se myds minimikierrosluvulla
Olisi termisesti kdyttoGn riittava. Koska SAMI-taa-
juusmuuttaja on valittava moottorin tyyppitehon mu-
kaan, merkitsee tamd sita, etta kayttoon tarvitaan
huomattavasti suurempi SAMI kuin kayton nimellisteho
edellyttaisi.

27

Kuva 25 . Esimerkki moottorin valinnasta SAMI-
kayttoon

a) tarvittava kuormitusmomentti

b) 6-napaisen koneen sallittu kuormitus-
raomentti

TdmS. voidaan v&lttaS kahdella tavalla, joko k&ytta-
mailS vierastuuletteista moottoria tai valitsemalla
6-napainen kone, joka antaa vaaditun tehon jo pyd-
rintSnopeudella 1000 r/min. Sen jatkuva kuormitetta
vuuskayrS on b. Havaitaan, ett& moottori on kayttdd
termisesti likimain yhtS vahva seka nopeusalueen ala
etta ylSpaassS: moottorin ominaisuudet on nain kay-
tetty hyvSksi.

6-napaisen koneen valinta ylimitoitetun 4-napaisen
sijasta merkits.ee pienempdS SAMI.-a, sita kautta edul
lisempaa hankintahintaa ja pienempiS. kytkent&h&vioi-

ta.

6-napaisen koneen valinta vaikuttaa myos toisella
tavalla edullisesti SAMI-kayton havioihin. Kierros-
lukualueella 1000...1500 r/min ajetaan talloin suo-
ralla, jolloin kytkentahdviot ovat oleellisesti nor-
maalia pienemmat ja SAMI:n kokonaish&viot vain noin
puolet nimellishavioista.

Jos energiansaSsto halutaan vieaS mahaollisimm&n
pitkalle, on nain olien myos pumppu- ja puftailinkay-
.toissa perusteltua valita isompinapainen kone
kuin nimellisnopeus edellyttSisi, jotta toiminta-
piste pysyisi suoralla.

onje